在模型建構(gòu)中潤養(yǎng)科學(xué)思維

【摘要】模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)思想方法，科學(xué)模型建構(gòu)的過程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要抓手。科學(xué)模型教學(xué)應(yīng)當(dāng)是一種情境教學(xué)、問題教學(xué)、思維教學(xué)。學(xué)生經(jīng)歷猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)操作、分析推理、建構(gòu)模型的完整過程。模型建構(gòu)教學(xué)，有助于潤養(yǎng)科學(xué)思維，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】模型建構(gòu)；科學(xué)思維；《折形狀》

小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，科學(xué)核心素養(yǎng)含括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、責(zé)任態(tài)度四個(gè)方面的內(nèi)容。模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)思想方法，科學(xué)模型是對(duì)科學(xué)知識(shí)的簡化和提煉，包含了科學(xué)概念、公式、理論等。科學(xué)模型建構(gòu)的過程是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要抓手，在建模過程中，學(xué)生的主體精神充分發(fā)揮，思維被充分激活。科學(xué)模型建構(gòu)是一個(gè)從感性到理性，從具體到抽象的過程，科學(xué)模型教學(xué)應(yīng)當(dāng)是一種情境教學(xué)、問題教學(xué)、思維教學(xué)。筆者在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)模型，激發(fā)能動(dòng)思維，潤養(yǎng)科學(xué)思維。現(xiàn)以《折形狀》教學(xué)為例，談?wù)勅绾卧谀Ｐ徒?gòu)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維。

一、創(chuàng)設(shè)生活情境，初識(shí)模型，激活思維

小學(xué)生的思維以直觀思維、動(dòng)作思維為基礎(chǔ)，經(jīng)歷了由形象思維逐步向抽象思維發(fā)展的過程。在科學(xué)課堂中，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具體形象的生活場景，用直觀生動(dòng)的事物或者現(xiàn)象刺激學(xué)生的視聽感官，點(diǎn)燃他們的形象思維，讓學(xué)生親眼觀察感知，親手操作體驗(yàn)。

生活是科學(xué)的源泉，科學(xué)模型一般都來源于現(xiàn)實(shí)生活。在科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)中，教師可以利用學(xué)生熟知的事物，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生活情境，以增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，促進(jìn)學(xué)生感性認(rèn)知，喚醒學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生探究興趣。筆者在模型建構(gòu)教學(xué)中，常常借助生活情境，引導(dǎo)學(xué)生在情境中初識(shí)模型，激活學(xué)生形象思維。例如，在教學(xué)《折形狀》一課時(shí)，筆者先給學(xué)生呈現(xiàn)了一幅“建造大橋”的場景圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察大橋的形狀，接著描述了一個(gè)“汽車過橋”的場面，筆者邊描述邊拿出1張A4紙、一輛玩具汽車和兩個(gè)木塊，邀請(qǐng)一名學(xué)生上臺(tái)演示擺出一個(gè)橋的模型，學(xué)生動(dòng)手操作，用紙當(dāng)橋面，用木塊做橋墩，還原了生活中橋的原型。當(dāng)學(xué)生將汽車放在橋面上時(shí)，汽車的重量壓垮了橋面，橋面發(fā)生了坍塌。于是問題來了：“橋梁為什么會(huì)坍塌？”“如何使橋面能夠托起汽車？”橋梁坍塌的現(xiàn)象讓學(xué)生陷入思考，同時(shí)順其自然地引入新課教學(xué)。

二、提出挑戰(zhàn)問題，制作模型，實(shí)踐探究

指向科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)是一種問題式教學(xué)，以問題作為科學(xué)教學(xué)的起點(diǎn)和主線。好的提問可以驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)，可以激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生思考。在模型建構(gòu)的科學(xué)課堂中，教師應(yīng)當(dāng)提出具有挑戰(zhàn)性的問題，挑戰(zhàn)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)及思維高度，從而激發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，驅(qū)動(dòng)學(xué)生探究實(shí)踐。

制作模型是模型建構(gòu)的第二步，是感知模型后的重要學(xué)習(xí)活動(dòng)，在該環(huán)節(jié)，學(xué)生在問題的驅(qū)動(dòng)下，在教師的引導(dǎo)下，設(shè)計(jì)活動(dòng)方案，動(dòng)手制作模型，親歷實(shí)踐探究。教學(xué)《折形狀》一課中，筆者利用情景引出第一個(gè)問題：“有什么辦法使橋面能夠托起汽車？”這個(gè)問題激發(fā)了學(xué)生思考，發(fā)散了學(xué)生思維，有的學(xué)生說：“把紙拱起來。”有的學(xué)生說：“拉住紙的兩端。”還有的學(xué)生說：“在下面加橋墩。”學(xué)生小組討論之后一致認(rèn)為：“改變物體形狀可以改變物體的承受力。”筆者繼續(xù)提問：“剛才同學(xué)們說在橋面下面加橋墩，準(zhǔn)備加怎樣的橋墩？”這個(gè)問題的難度有點(diǎn)大，筆者讓學(xué)生小組討論，經(jīng)過一番討論之后，學(xué)生匯報(bào)出多種方案，有三棱柱、四棱柱、六棱柱、圓柱等。“這么多種棱柱，哪種形狀的棱柱承受力最大呢？”問題難度再次升級(jí)，對(duì)學(xué)生又一次提出挑戰(zhàn)。學(xué)生眾說紛紜，有的說三棱柱，有的說圓柱形，有的說六棱柱。“到底誰的猜測正確呢？讓我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下吧！”面對(duì)學(xué)生的爭論，筆者引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作橋墩模型，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，探究橋墩承重力大小的規(guī)律。

探究橋墩承受力大小影響因素的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，需要通過幾種不同形狀的橋墩承受力進(jìn)行比較，感知改變物體形狀對(duì)承受力發(fā)生的影響，從而發(fā)現(xiàn)橋墩承重力大小變化的規(guī)律。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是把握好d68b56b59ebc6e948287a48f6af4185c可變量與不變量，也是提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)正確性的前提。因此，采取先導(dǎo)后放的策略，先讓每個(gè)小組制作一個(gè)棱柱，然后組織學(xué)生集中展示交流，在展示中引導(dǎo)學(xué)生觀察比較，發(fā)現(xiàn)棱柱制作存在的問題，如橋墩的高度不同、粗細(xì)不同，使學(xué)生懂得這樣會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)準(zhǔn)確，制作棱柱時(shí)只能改變棱柱的形狀，其它的條件必須保持一致。于是，筆者引導(dǎo)學(xué)生在討論中逐步完善棱柱制作的注意點(diǎn)，并用“溫馨提醒”的方式給學(xué)生展示了棱柱制作要求。在制作模型活動(dòng)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生說說、畫畫、做做，從圖形模型建構(gòu)轉(zhuǎn)為實(shí)物模型建構(gòu)，從指導(dǎo)學(xué)生明確制作要求，到放手讓學(xué)生制作，學(xué)生在活動(dòng)中不僅提高了動(dòng)手能力，而且實(shí)現(xiàn)了思維的進(jìn)階。

三、實(shí)驗(yàn)分析推理，建構(gòu)模型，凝練思維

建構(gòu)概念模型是模型建構(gòu)教學(xué)的核心，概念模型是事物及其之間關(guān)系的一種簡化描述，將問題領(lǐng)域的實(shí)體、關(guān)系和行為以抽象、泛化的方式表示出來。概念模型的建構(gòu)可以借助實(shí)物模型以及表象化的手段，形成定性或定量化的描述。概念模型教學(xué)是訓(xùn)練抽象思維的重要環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)，搜集證據(jù)，分析推理，領(lǐng)悟建模。

《折形狀》一課教學(xué)中，在橋墩模型制作完成之后，筆者組織學(xué)生先預(yù)測后實(shí)驗(yàn)，在預(yù)測“哪種形狀的橋墩承受力最大”后，著重組織學(xué)生測試評(píng)估各種橋墩的承受能力，通過實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)，分析處理數(shù)據(jù)，推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建立概念模型。測試每種形狀紙筒的承受力是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，而測試方法會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的成敗，如何疊放書本則是影響實(shí)驗(yàn)效果的關(guān)鍵，稍有不當(dāng)，就會(huì)前功盡棄，會(huì)導(dǎo)致紙筒垮塌，數(shù)據(jù)失真，實(shí)驗(yàn)失敗。因此，筆者在實(shí)驗(yàn)之前專門設(shè)計(jì)了交流環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生討論交流實(shí)驗(yàn)方法，統(tǒng)一測評(píng)要求：紙筒口要對(duì)著書本的中間位置，書本要一本一本地放，防止振動(dòng)桌子或者紙筒，每種形狀的紙筒要依次實(shí)驗(yàn)。在明確了實(shí)驗(yàn)方法后，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，各組學(xué)生分工合作，有的疊放書本，有的記錄數(shù)據(jù)，依次測試紙筒的承受力。

模型的建構(gòu)離不開分析推理，分析推理應(yīng)當(dāng)是一種基于證據(jù)的推理，是通過對(duì)所觀察到的現(xiàn)象和收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，抽象概括，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，推導(dǎo)出結(jié)論，建構(gòu)出模型。《折形狀》一課中，學(xué)生在測試橋墩的承受力實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，筆者組織學(xué)生展示交流，引導(dǎo)學(xué)生分析推理。然后讓各組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將各種形狀所承受的書本數(shù)量填寫到匯總表格中，引導(dǎo)探討處理這些數(shù)據(jù)的方法，使學(xué)生掌握用計(jì)算出平均數(shù)的方法求出每一種形狀紙筒承受的書的本數(shù)，為了便于學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)規(guī)律，筆者將數(shù)據(jù)按照紙筒的棱數(shù)重新排序。學(xué)生通過對(duì)所有數(shù)據(jù)的分析比較，建構(gòu)出各種形狀承受力的模型。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終發(fā)現(xiàn)棱柱承受力的規(guī)律：棱越多，承受力越大。為了幫助學(xué)生理解和記憶這一規(guī)律，筆者還引導(dǎo)學(xué)生畫出規(guī)律模型圖，用畫圖的形式，表達(dá)出發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。從實(shí)物模型到概念模型，是思維的凝練，是一個(gè)質(zhì)的飛躍。

四、回歸生活實(shí)踐，應(yīng)用模型，提升素養(yǎng)

應(yīng)用模型是模型建構(gòu)教學(xué)的最后一步，該環(huán)節(jié)旨在讓模型回歸生活，讓學(xué)生學(xué)以致用，應(yīng)用模型原理解釋生活現(xiàn)象，解決實(shí)際問題，在應(yīng)用中鞏固和拓展所學(xué)知識(shí)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

《折形狀》一課的最后一個(gè)流程是“聯(lián)系生活，應(yīng)用模型”。在該教學(xué)環(huán)節(jié)，筆者給學(xué)生出示了幾組生活中的建筑物圖片，引導(dǎo)學(xué)生觀察建筑物中所用到的棱柱形狀，請(qǐng)學(xué)生描述圖中棱柱的形狀，說說生活中還有哪些地方見到過棱柱，都是什么形狀的，讓學(xué)生應(yīng)用模型解釋“為什么大多數(shù)橋梁都是圓柱形的？”“為什么有些建筑物中不用圓柱，而用其它形狀的棱柱？”學(xué)生運(yùn)用“棱越多，承受力越大”原理進(jìn)行解釋，經(jīng)過討論懂得：“雖然圓柱的承受力最大，但是有時(shí)為了節(jié)約成本，增強(qiáng)美觀性，而不選用圓柱，改用其它棱柱。”通過引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，深入思考“本節(jié)課所研究的內(nèi)容是如何運(yùn)用到生活當(dāng)中的？”通過生活應(yīng)用，不僅幫助學(xué)生鞏固了科學(xué)知識(shí)，而且拓寬了學(xué)生科學(xué)視野，豐富了學(xué)生科學(xué)思維。

在科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)以思維為核心，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，引領(lǐng)學(xué)生在生活情境中思考實(shí)踐，在問題解決中建構(gòu)模型，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)操作、分析推理、建構(gòu)模型的完整過程。

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